Операционные усилители apex microtechnology · pdf fileЗащита ocp,...

52

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2018

компоненты усилители

Константин ВерхулеВсКий[email protected]

Введение

В настоящее время каталог компании со-стоит из мощных операционных (линей-ных) и импульсных (ШИМ) усилителей, а также прецизионных источников опор-ного напряжения (ИОН). Характерными особенностями продукции являются уни-кальные технические характеристики, низ-кая стоимость мощности, долговременная надежность, доступность средств отладки и технической поддержки, малый вес и га-бариты [1]. Использование компонентов Apex Microtechnology позволяет значитель-но уменьшить количество элементов в схеме и сократить время, затрачиваемое на разра-ботку и тестирование.

Мощные операционные усилители, обла-дающие высоким быстродействием и про-

стотой использования, составляют наиболее обширную группу устройств. Они успеш-но применяются в оборудовании военного и аэрокосмического назначения (схемах ком-пенсации вибрации, гидролокаторах), меди-цинского назначения (аппаратуре ультразву-ковой диагностики и магнитно-резонансной томографии, микроскопах и анализаторах) и, конечно, промышленного назначения (источниках питания, сварочном оборудо-вании, системах управления электроприво-дами, клапанами, соленоидами и другими исполнительными механизмами, пьезопре-образователями в струйных принтерах, дви-гателями постоянного тока в робототехнике и станках, а также при производстве полу-проводников для фокусировки электронных лучей, тестирования и контроля электрони-ки, литографии и точечной сварки). Далее

будут рассмотрены компоненты промыш-ленного назначения.

Основные серии мощных операционных усилителей Apex Microtechnology

Мощные операционные усилители Apex Microtechnology представляют собой уни-кальные по своим параметрам многофунк-циональные устройства, сочетающие ши-рокие диапазоны напряжений питания, вы-сокие значения выходных токов, точность и максимальное быстродействие наряду с ма-лыми токами покоя, низкими внутренними потерями и отличной линейностью (работа, как правило, в режиме АВ) [2]. Компоненты данного класса выпускаются в гибридном исполнении (серии PA и PB) или в виде бес-

Мощные операционные усилители (Оу) представляют собой особый класс изделий, объединяющий устройства с рабочими напряжениями более 50 В при однополярном включении (или более ±25 В при двухполярном) и вы-ходными токами свыше 1 А. Проектирование и изготовление подобных компонентов тесно связано с решением широкого спектра задач, кото-рые, помимо получения заданных электрических характеристик, вклю-чают обеспечение тепловых режимов работы, способов защиты, учет паразитных элементов, выбор конструктива и многое другое. Компания Apex Microtechnology предлагает свою линейку продукции данного типа. В статье дан обзор ключевых особенностей усилителей, обладающих ре-кордными энергетическими показателями и рекомендованных произво-дителем для промышленного применения.

Операционные усилители Apex Microtechnology промышленного назначения

рис. 1. Способ подключения токоограничивающего резистора для усилителя MP39CL рис. 2. Рекомендуемая схема защиты от перенапряжения на входе ОУ

53

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2018 www.kite.ru

компонентыусилители

корпусных устройств с открытой структурой (серия MP). Для большинства компонентов предлагаются демонстрационные платы, помогающие оперативно оценить возмож-ности усилителей. Помимо стандартных из-делий, работающих в диапазоне температур –25…+85 °C, для заказа доступны отдельные модификации, позволяющие подобрать ре-шение для конкретного применения, удов-летворяющее заданным условиям эксплуата-ции (таблица).

Суффикс A в наименовании обозначает улучшенные характеристики, определенные

в ходе заключительных электрических испы-таний. Это касается, прежде всего, напряже-ния и тока смещения. Конструкция и произ-водственный процесс те же, что и у базовой модели. Изделия с суффиксами M и M/883 подвергаются отбраковочным испытани-ям по военному стандарту MIL-PRF-38534 (класс H). Соответствие требованиям ука-занного стандарта обозначается индексом M/883 в номере модели. Версии, не соот-ветствующие требованиям стандарта, име-ют индекс M. Все они допускают хранение при температуре до +150 °C и эксплуатацию

в пределах –55…+125 °C. Особо следует от-метить специализированный высокотемпе-ратурный усилитель PA12H, разработанный для кратковременного использования в экс-тремальных условиях окружающей среды, например в скважинной аппаратуре нефтега-зоразведки, и выдерживающий воздействие температур до +200 °C.

Суффиксы EE и EC в обозначении указы-вают на вариант корпуса с формованными под 90° выводами.

Защитные и вспомогательные функции

При работе устройств необходимо обеспе-чить режимы, не выходящие за пределы об-ласти безопасной работы (ОБР). Усилители этого класса оснащены внутренней защи-той от перегрева (OTP — Over Temperature Protection) и/или превышения максималь-но допустимого тока (OCP — Over Current Protection). Благодаря встроенному датчику температуры происходит автоматическое отключение модулей при достижении тем-пературы выше определенной величины. Пороговое значение для каждого устройства приводится в документации производителя и во многом определяется типом корпусного исполнения. Защита OCP, особенно актуаль-ная при индуктивной нагрузке, есть у боль-шинства изделий. Некоторые модели имеют внутреннее заданное ограничение выходно-го тока, но в основном его величина может устанавливаться при помощи одного или двух внешних резисторов, выступающих в качестве датчиков тока. На рис. 1 приведен пример подключения токоограничивающего резистора RLIM, при котором не учитывает-ся паразитное сопротивление монтажа RP. Значение RLIM может быть получено из фор-мулы RLIM (Ом) ≈ 0,7 В/ILIM (А).

Несмотря на то, что все устройства способ-ны выдерживать входные дифференциаль-ные напряжения с уровнем не менее ±15 В, производитель настоятельно рекомендует устанавливать дополнительную внешнюю защиту от перенапряжения. В большин-стве случаев можно ограничиться обыч-ными сигнальными диодами, например 1N4148, включенными встречно. Для более требовательных применений, где важен ток смещения, предназначены 2N4416 — полевые транзисторы с управляющим p‑n-переходом и минимальной емкостью за-твора (VT1 и VT2 на рис. 2). Опциональные однонаправленные супрессоры VD3 и VD4, соединенные с шинами питания, служат для устранения импульсных помех.

Две модели, PA03 и MP118FD, снабжены дополнительным входом дистанционного управления SD, позволяющим выключать усилитель при необходимости уменьшения собственного потребления. Данный вход активизируется низким логическим уров-нем [3].

Таблица. Основные характеристики операционных усилителей Apex промышленного назначения

Модель

Мод

ифик

ации

Нап

ряж

ение

пи

тани

я, В

(max

) Выходной ток,

А (max)

ско

рост

ь на

раст

ания

вы

ходн

ого

на

пряж

ения

, В/

мкс

Ток

пот

ребл

ения

в

реж

име

ож

идан

ия, м

А (m

ax)

рас

сеив

аем

ая

мощ

ност

ь, В

т (m

ax)

Дополнительные функции Тип корпуса

PA01 M, M/833 56 5 2,6 50 67 OCP TO-3 (8 выводов)

PA02 A, M/833 38 5 20 40 48 OCP TO-3 (8 выводов)

PA03 A 150 30 8 300 500 SD, OTP, OCP, BAL MO-127 (12 выводов)

PA04 A 200 20 50 90 200 OCP, SL MO-127 (12 выводов)

PA05 A 100 30 100 120 250 SD, OCP MO-127 (12 выводов)

PA07 A, M/833 100 5 4 30 67 OCP, OTP, BAL TO-3 (8 выводов)

PA08 A, M, M/833 300 0,15 30 6 17,5 OCP, BAL TO-3 (8 выводов)

PA09 A, M/833 80 5 200 85 78 OCP, OTP, BAL TO-3 (8 выводов)

PA10 A, M/833 100 5 3 30 67 OCP TO-3 (8 выводов)

PA12 A, H, M/833 100 15 4 50 125 OCP TO-3 (8 выводов)

PA13 A, EE 90 15 4 50 135 OCP POWERSIP (12 выводов)

PA16 A, EE 38 5 20 40 62,5 OCP POWERSIP (12 выводов)

PA50 A 100 40 50 36 400 – MO-127 (12 выводов)

PA51 A, M/833 80 10 2,6 10 97 OCP TO-3 (8 выводов)

PA52 A 200 40 50 36 400 – MO-127 (12 выводов)

PA61 A, M/833 90 10 2,8 10 97 OCP TO-3 (8 выводов)

PA73 M, M/833 60 5 2,6 5 67 OCP TO-3 (8 выводов)

PA74 A, M 40 5 (2 канала по 2,5 А) 1,4 40 36/60 OTP TO-3 (8 выводов)

PA75 CC, CD, CX 40 2,5 (2 канала по 1,25 А) 1,4 10 19/28 OTP TO-220 (7 выводов), DDPAK (7 выводов)

PA76 A, M 40 6 (2 канала по 3 А) 1,4 40 36/60 OTP TO-3 (8 выводов)

PA78DK – 350 0,15 350 2,5 23 OCP PSOP (20 выводов)

PA79DK – 350 0,3 (2 канала по 0,15 А) 350 2,5 26 OCP PSOP (20 выводов)

PA81J – 200 0,03 20 8,5 11,5 BAL TO-3 (8 выводов)

PA82J – 300 0,015 20 8,5 11,5 BAL TO-3 (8 выводов)

PA83 A, M, M/833 300 0,075 30 8,5 17,5 BAL TO-3 (8 выводов)

PA84 A, M, M/833 300 0,04 180 7,5 17,5 BAL TO-3 (8 выводов)

PA85 A, M 1000 0,2 450 25 30 OCP TO-3 (8 выводов)

PA88 A 450 0,1 30 2 15 OCP TO-3 (8 выводов)

PA89 A 1200 0,075 30 6 40 OCP MO-127 (12 выводов)

PA90 EE 400 0,2 300 14 30 OCP POWERSIP (12 выводов)

PA91 EE 450 0,2 300 14 30 OCP POWERSIP (12 выводов)

PA92 EE 400 4 50 10 80 OCP POWERSIP (12 выводов)

PA93 EE 400 8 50 10 125 OCP POWERSIP (12 выводов)

PA94 – 900 0,1 700 24 30 OCP POWERSIP (8 выводов)

PA95 EC 900 0,1 30 2,2 30 OCP POWERSIP (8 выводов)

PA96 – 300 1,5 250 18 83 OCP TO-3 (8 выводов)

PA97DR – 900 0,01 8 1 5 – POWERSIP (7 выводов)

PA98 A, EE 1000 0,2 450 25 30 OCP POWERSIP (12 выводов)

PA107DP – 180 1,5 3000 30 62,5 – POWERSIP (12 выводов)

PA119CE A 80 4 900 120 75 OCP TO-3 (8 выводов)

PA162DK – 40 6 (4 канала по 1,5 А) 1,4 20 45 OTP PSOP (20 выводов)

PA441DF – 350 0,6 32 2,2 12 OCP PSOP (24 вывода)

PA441DW – 350 0,6 32 2,2 12 OCP POWERSIP (10 выводов)

PA443DF – 350 1,2 (2 канала по 0,6 А) 32 2,2 12 OCP PSOP (24 вывода)

MP38CL A 200 10 10 24 125 OCP DIP CL (30 выводов)

MP39CL A 100 11 10 24 125 OCP DIP CL (30 выводов)

MP103FC – 200 30 (2 канала по 15 А) 167 19 35 (на канал) OCP DIP FC (42 вывода)

MP108FD A 200 11 170 65 100 OCP DIP FD (34 вывода)

MP111FD – 100 15 130 157 170 OCP DIP FD (34 вывода)

MP118FD A 200 10 65 25 100 SD, OTP, TEMP, OCP DIP FD (34 вывода)

MP400FC – 350 0,2 50 2,5 14,2 OCP DIP FC (42 выводов)

PB50 – 200 2 100 25 35 OCP TO-3 (8 выводов)

PB51 A 300 2 100 18 83 OCP POWERSIP (12 выводов)

PB58 A 300 2 250 35 70 OCP TO-3 (8 выводов)

PB63 A 200 4 (2 канала по 2 А) 1000 37 45 (на канал) OCP POWERSIP (12 выводов)

54



Функция, отмеченная в таблице как BAL, отвечает за возможность корректировки напряжения смещения входа. Регулировка проводит-ся при помощи изменения сопротивления на одноименном выводе.

Гибридные усилители

При производстве усилителей по гибридной технологии толстопле-ночные резисторы, керамические конденсаторы, силовые кристаллы и полупроводниковые микросхемы размещаются на подложке из ок-сида бериллия (BeO), обладающей очень высокой теплопроводностью. Сваренные ультразвуком алюминиевые проводники гарантируют на-дежное соединение для всего диапазона рабочих температур, исполь-зование металлических корпусов минимизирует размер и повышает эффективность теплоотвода. К самым распространенным корпусам относятся герметичные TO-3, POWERSIP, являющиеся собственной разработкой компании, и 12-выводные MO-127, обеспечивающие мак-симальную рассеиваемую мощность. Их внешний вид показан на рис. 3.

Фланцы корпусов изделий шлифуются на двухдисковом станке для обеспечения максимально плоской поверхности. Это делается с целью устранения возможного воздушного зазора между компо-нентом и его радиатором, вызывающего повышение теплового со-противления, перегрев усилителя с растрескиванием подложки и, как следствие, его выход из строя.

Бюджетные усилители PA01 и PA02 с выходным током 5 А разли-чаются уровнем питающего напряжения: 56 и 38 В соответственно. Они позиционируются для управления различной резистивной, ем-костной или индуктивной нагрузкой. Силовые каскады, построенные на основе комплементарных биполярных транзисторов, обеспечива-ют размах выходных напряжений, близкий к напряжениям питания. Незначительные искажения и внутренние потери (1,2 В при выход-ном токе 2 А) делают эти устройства особенно эффективными при работе с низкими питающими напряжениями. Одной из наиболее часто решаемых задач во всех областях применения является управле-ние коллекторными двигателями, на рис. 4 изображена типовая схема использования PA01. Здесь импульсный выход оптического сенсора управляет преобразователем частоты в напряжение, образуя, таким образом, обратную связь для регулировки скорости вращения двига-теля. Высокоскоростные диоды 1N4148 защищают вход ОУ от влияния шума коммутации, генерируемого мотором. Также следует отметить, что у PA01 предусмотрен полностью совместимый по выводам ана-лог — усилитель PA73, единственное отличие которого заключается в построении выходного каскада, функционирующего в режиме С.

Однотипные мощные усилители PA03, PA04 и PA05 с напряжениями питания 100–200 В и номинальным током до 30 А изготавливают-

ся в герметически изолированных корпусах MO-127, рассчитанных на рассеиваемую мощность до 500 Вт. Превосходная теплопроводность корпуса способствовала повышению энергетических показателей, в то время как увеличенное количество выводов позволило реализо-вать расширенный перечень вспомогательных функций. Усилитель PA03 отличается встроенной интеллектуальной цепью ограничения тока. Порог, максимальное значение которого составляет 35 А, авто-матически регулируется с учетом влияния температуры устройства, которая не должна превышать +175 °C. Время реакции цепи состав-ляет менее 10 мс. Напряжение смещения PA03 может быть выставле-но в ноль при помощи внешнего потенциометра, с сопротивлением 100–200 Ом, подключаемого между выводами 11 и 12 (Balance Control). Отличительная черта усилителей PA04 и PA05 — функциональная гиб-кость [4]. У первого наличие спящего режима, активируемого подачей сигнала с высоким логическим уровнем на вывод SL, позволяет полу-чить ультранизкое значение тока покоя (не выше 5 мА). Аналогичное назначение имеет вывод SD у PA05, реализующий функцию удаленно-го отключения. Порог схемы защиты от перегрузки по току у данных устройств задается внешним резистором.

PA09 со скоростью нарастания выходного напряжения 200 В/мкс и шириной частотного диапазона 150 МГц рекомендуется для ис-пользования в высокоскоростных отклоняющих цепях, схемах уси-ления видеосигналов, силовых преобразователях и т. д. Напряжение питания усилителя находится в диапазоне 24–80 В (±12…±40 В при двухполярном источнике), а максимальный выходной ток равен 5 А. Среди всех характеристик можно отметить превосходные входные параметры. Типовое значение напряжения смещения составляет 0,5 мВ, начальный ток смещения не превышает 5 пА, а его дрейф в за-висимости от напряжения питания — 0,01 пА/В.

Наибольшим выходным током в серии обладают модели PA50 и PA52, у которых его величина достигает значения 50 А (до 100 А в импульсе). С учетом скорости нарастания выходного напряжения (50 В/мкс) и рассеиваемой мощности (400 Вт) они оптимальны для использования в тестовом оборудовании, применяемом при произ-водстве полупроводников, источниках питания, а также в качестве драйверов бесколлекторных двигателей и электроприводов.

Следующие три компонента имеют по два выходных канала с сум-марным током до 6 А и максимальным напряжением питания 40 В. Операционные усилители PA74, PA75 и PA76 обеспечивают эффек-тивное по стоимости решение, разработаны с целью сокращения тре-буемого на печатной плате места и предназначены, прежде всего, для использования в полумостовых и полномостовых схемах управления двигателями постоянного тока. На рис. 5 изображена одна из типо-вых схем подключения усилителя PA74 [5].

Схема драйвера состоит из ведущего (A) и ведомого (B) усилите-лей. Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя A задает-ся при помощи резисторов R1 и R2 и в данном случае принимает зна-чение 2,8. Усилитель B играет роль инвертора, управляемого от выхо-

рис. 3. Корпусное исполнение гибридных усилителей Apex Microtechnology: а) POWERSIP; б) T0-3; в) MO-127

рис. 4. Типовая схема применения ОУ PA01

а

б

в

55



да ведущего, на его неинвертирующий вход подается опорное напряжение (14 В), опре-деляемое делителем из резисторов R5 и R6. При подаче на вход ведущего усилителя 5 В сигнала, учитывая полученные на клеммах мотора потенциалы, он находится в состоя-нии покоя, сигнал более 5 В вызывает про-текание тока слева направо, менее 5 В — в об-ратном направлении. Структура усилителя PA75 имеет некоторые отличия, его канал B по умолчанию сконфигурирован как бу-фер с единичным коэффициентом усиления и может использоваться для увеличения тока ведущего усилителя A. Исключительно низ-кие гармонические искажения (суммарный коэффициент гармоник 0,02%) также делают его хорошим решением для мощных аудио-применений.

PA74 и PA76 производятся в герметич-ных 8-выводных корпусах TO-3, тогда как усилитель PA75 доступен в трех стандарт-ных промышленно выпускаемых корпусах. Версия CC выполнена в 7-выводном корпусе DDPAK для поверхностного монтажа, версии CD и CX — в 7-выводном негерметичном корпусе TO-220, предназначенном для сквоз-ного монтажа. Отличие модификации CX заключается в способе формовки выводов, облегчающем конструирование печатной платы (рис. 6).

Высоковольтные (до 350 В) и быстродей-ствующие (до 350 В/мкс), но с низким вы-ходным током (пиковое значение до 200 мА) операционные усилители PA78DK и PA79DK предназначены для решения задач сверхточ-ного позиционирования и прецизионного управления пьезоэлектрическими преобра-зователями. Изготавливаются в малогаба-ритных корпусах PSOP-20 (MO-166 по стан-дарту JEDEC) для поверхностного монтажа, усилитель PA79DK является двухканальной версией PA78DK. На рис. 7 показана типо-вая схема применения PA78DK в промыш-ленных струйных принтерах: здесь высокое выходное напряжение создает электростати-ческое поле на отклоняющих пластинах для изменения положения капель чернил и полу-чения требуемого изображения [6].

Сверхвысоковольтный усилитель PA89, рассчитанный на напряжения питания до 1200 В и максимальный ток до 75 мА (100 мА в импульсе), способен обеспечить выходное пиковое напряжение свыше 1000 В (при включении двух PA89 по мостовой схе-ме — свыше 2000 В). Максимальная рассеи-ваемая мощность составляет 40 Вт (без радиа-тора при +25 °C), входное дифференциальное напряжение ±25 В, ток покоя не более 6 мА, диапазон рабочих температур –55…+125 °C. Высокая точность достигается благодаря при-менению каскадной входной цепи и коэффи-циенту усиления 120 дБ (без обратной связи). Как и большинство остальных представите-лей линейки, устройство отличается гибко-стью применения: при помощи внешних це-пей компенсации можно регулировать полосу пропускания и скорость нарастания выходно-го напряжения. Устройства PA92 и PA93 рас-считаны на максимальное напряжение пита-ния 400 В и непрерывный/пиковый выходной ток 4/7 и 8/14 А соответственно. Допустимая рассеиваемая мощность составляет 125 Вт (без радиатора при +25 °C), ток покоя (холостого хода) не превышает 10 мА.

По показателю «скорость нарастания вы-ходного напряжения» вне конкуренции

усилитель PA107DP с величиной значимо-го параметра 3000 В/мкс. Он может рабо-тать от источника питания с напряжением до 200 В, характеризуется широкой полосой пропускания 180 МГц и выходным током 1,5 А (до 5 А в импульсе). Выпускается в кор-пусе POWERSIP, для обеспечения ОБР необ-ходимо использовать радиатор.

ОУ PA162 изготавливается путем объ-единения двух двухканальных усилителей в одном 20-выводном корпусе типа PSOP. Обеспечивает выходной ток 1,5 А на каждом из четырех выходов при питании от одно-полярного источника с максимальным на-пряжением 40 В, что позволяет с успехом использовать его при разработке драйверов двигателей и усилителей аудиосигналов. В качестве примера можно привести упро-щенную схему управления трехфазным мо-тором с применением трех из четырех кана-лов усилителя PA162 (рис. 8).

Усилители PA441DF и PA441DW (одно-канальные) и PA443DF (двухканальный) ориентированы на приложения, требующие точного высокого напряжения, и могут ис-пользоваться в качестве высоковольтных драйверов пьезоэлектрических приводов и электростатических преобразователей [7]. Они повыводно совместимы с решения-ми предыдущего поколения — PA341DF, PA341DW и PA343DF. На фоне остальных

рис. 5. Типовая схема включения усилителя PA74

рис. 6. Варианты корпусного исполнения усилителя PA75

рис. 7. Схема применения усилителя PA78DK и его внешний вид

56



выделяются минимальным уровнем шумов выходного напряжения (среднеквадратичное значение 12 мкВ на частоте 20 кГц) и низким показателем напряжения смещения: 5 мВ при температуре +25 °C и не более 20 мВ в температурном диапазоне –40…+125 °C. Все три усилителя работают в широком диапазоне напряжений питания ±10…±175 В, непрерывный выходной ток составляет 60 мА с пи-ковым значением 120 мА, двухканальный вариант обеспечивает удвоенное значение тока выхода, потребляя при этом всего 2,2 мА. PA441DF и PA443DF поставляются в 24-выводных пластиковых кор-пусах PSOP, тогда как PA441DW доступен в электрически изолиро-ванном 10-контактном керамическом корпусе форм-фактора SIP.

Широкополосные буферные усилители серии PB успешно исполь-зуются для усиления как напряжения, так и тока, типовое применение подразумевает соединение ОУ данной серии с малосигнальными опе-рационными усилителями общего назначения, выбранными на усмо-трение разработчика. Полученный в результате составной усилитель обладает оптимальной точностью, низким входным шумом и вре-менем установки рабочего режима, высокой выходной мощностью и делает возможным выполнение разработки без применения более дорогих линеек изделий. Основное назначение — программируемые источники питания, схемы отклонения в системах контроля полупро-водников и сканирующих электронных микроскопах. В настоящее время семейство PB представлено четырьмя компонентами, имеющи-ми схожую внутреннюю структуру. Входные каскады выполняются

на основе биполярных транзисторов, подключаемых по схеме с ОЭ, ка-скад усиления напряжения — на МОП-транзисторах с общим истоком, а выходной каскад — на двух комплементарных МОП-транзисторах. Усилитель PB50, рассчитанный на напряжение питания 200 В, вы-ходной ток до 2 А и скорость нарастания напряжения 50 В/мкс, изго-тавливается в герметичном 8-выводном корпусе TO-3. Максимальной выходной мощностью обладают PB51 и PB58 с выходным током 1,5 А и напряжением питания 300 В. Самый быстродействующий предста-витель серии — двухканальный усилитель мощности PB63 со време-нем нарастания 1000 В/мкс — функционирует при напряжениях пи-тания ±20…±75 В и способен долговременно обеспечивать выходной ток до 2 А. Наличие двух каналов позволяет создавать печатные платы с высокой плотностью размещения элементов.

Бескорпусные усилители

Серия бескорпусных операционных усилителей, наименование которых начинается с букв MP, создана для снижения общей стои-мости разрабатываемых изделий. Каждый усилитель данного типа конструктивно представляет собой модуль, выполненный в виде двухслойной печатной платы с односторонним расположением элек-тронных SMD-компонентов. Обратная сторона платы через изоляци-онный слой помещается на алюминиевую подложку, обладающую улучшенными по сравнению со сталью тепловыми характеристика-ми. К основанию модуля при необходимости выполняется крепление радиатора. Применяемые при производстве силовые транзисторы в стандартных корпусах DDPAK имеют очень низкое тепловое со-противление. В зависимости от габаритов и количества контактов доступно три варианта изделий: 30-выводной DIP CL с размерами 41,552,3 мм, 34-выводной DIP FD (41,563,2 мм) и 42-выводный DIP FC (41,573,4 мм). Соединение с остальными элементами проек-тируемой схемы осуществляется посредством двух рядов PLS-линеек с шагом 2,54 мм и планарным способом монтажа. Внешний вид бес-корпусных усилителей Apex показан на рис. 9.

Использование данного подхода обеспечивает суммарный вы-игрыш по стоимости не менее 75% по сравнению с гибридными из-делиями с аналогичными параметрами. Бескорпусные усилители ре-комендуются для обычных условий эксплуатации, когда не требуется защита от жестких внешних механических и климатических воздей-ствий. В настоящее время доступны одно- и двухканальные решения с напряжением питания до 200 В, током выхода до 30 А и максималь-ной рассеиваемой мощностью, достигающей 170 Вт.

Высоковольтные усилители MP38CL и MP39CL имеют одинако-вые рабочие характеристики, за исключением напряжения питания: 200 В DC у первого и 100 В у второго. Выходной каскад на МОП-транзисторах, работающих в режиме C, гарантирует более высо-кий КПД по сравнению с классом AB [8]. Опциональное исполь-зование встроенной схемы вольтодобавки позволяет поднять на-пряжение питания каскада и увеличить на 20 В размах выходного напряжения. Конденсаторы, действующие в качестве дополнитель-ных источников напряжения, подключаются к выводам +VB и –VB. При отсутствии необходимости вольтодобавки эти выводы соеди-

рис. 8. Упрощенная схема применения усилителя PA162

рис. 9. Внешний вид бескорпусных усилителей Apex Microtechnology: а) DIP FC; б) DIP FD; в) DIP CL

а б в

57



няются с соответствующими шинами пита-ния: +VS и –VS. Внешняя корректирующая RC-цепь, подключаемая к выводам RС и CС и служащая для компенсации сдвига фаз, по-зволяет регулировать ширину полосы частот и скорость нарастания выходного напряже-ния. На рис. 10 представлены выходные ха-рактеристики MP39CL для разных значений емкости конденсатора CС.

Также интересен недорогой малогабарит-ный ОУ MP103FC с максимальным рабочим напряжением 200 В и скоростью нарастания выходного напряжения 167 В/мкс, особен-ностью которого является наличие двух оди-наковых каналов с общим выходным током 30 А. При использовании его типовой схемы включения можно обойтись минимальным количеством внешних пассивных компо-нентов — защитным токоограничивающим резистором на выходе и развязывающими конденсаторами на шинах питания. Ток собственного потребления в режиме покоя

составляет лишь 19 мА. По умолчанию ко-эффициент усиления MP103FC принимает значение 65 В/В, его увеличение возможно путем установки резисторов между кон-тактами FBKA и выходом OUTA для перво-го канала и/или FBKB и OUTB для второго. Ориентировочно повышение номинала ре-зистора на каждые 50 Ом добавляет к коэф-фициенту 1 В/В.

Усилитель MP118FD работает от источни-ков питания с напряжением до 200 В и предо-ставляет возможность получения постоян-ного выходного тока 10 А (пиковое значение до 12 А). Характеризуется низким напряже-нием смещения, его типовое значение не пре-вышает 1 мВ. Обладающий максимальной рассеиваемой мощностью 100 Вт и площа-дью основания не более 26 см2, он имеет полный комплект необходимых защитных схем, показывая при этом лучший уровень тепловой эффективности. Встроенная схе-ма мониторинга температуры отключает устройство при достижении +100 °C, гисте-резис цепи составляет 8 °C. Для оперативно-го контроля служит дополнительный выход TEMP, на котором появляется напряжение,

пропорциональное температуре модуля. Блок ограничения выходного тока отключает выходные каскады устройства при превыше-нии порога, задаваемого внешним токоизме-рительным резистором. Его подсоединение выполняется по четырехпроводной схеме (метод Кельвина). Для оценки возможностей MP118FD предлагается демонстрационная плата EK57, внешний вид которой показан на рис. 11. Модуль, размещаемый в нижней части платы, соединен со всей необходимой обвязкой, макетное поле и цанговые панели позволяют модернизировать схему и устано-вить подстроечные компоненты требуемых номиналов.

При использовании быстродействующего усилителя MP400FC со встроенным повыша-ющим импульсным преобразователем отпа-дает потребность во внешнем высоковольт-ном источнике [9]. Стандартные входные 12, 24 или 48 В преобразуются в напряжения из диапазона 50–350 В, применяемые далее для питания ОУ (рис. 12).

Заключение

Мощные операционные усилители с уни-кальными рабочими характеристиками, про-изводимые компанией Apex Microtechnology и подходящие для решения широкого кру-га задач, позволяют значительно повысить надежность и сократить время разработки изделия. Широкий спектр гибридных и бес-корпусных устройств помогает подобрать компоненты с требуемым значением ключе-вого параметра для различных областей при-менения и условий эксплуатации. n

литература

1. Официальный сайт компании Apex Micro-

technology. www.apexanalog.com

2. Apex Microtechnology. Product summary

g u i d e . www.apexanalog.com/resources/

productbulletins/Product-Summary-Guide.pdf

3. MP118FD: Power operational amplifier. Datasheet.

August, 2017. www.apexanalog.com/resources/

products/mp118u.pdf

4. PA05: Power operational amplifier. Datasheet.


products/pa05u.pdf

5. PA74: Power dual operational amplifier. Datasheet.

October, 2012. www.apexanalog.com/resources/

products/pa74-76u.pdf

6. PA78DK: Power operational amplifier. Datasheet.

October, 2012. www.apexanalog.com/resources/

products/pa78u.pdf

7. PA441/PA443: High voltage power operational

amplifier. Datasheet. April, 2016. www.apexanalog.

com/resources/products/pa441u-pa443u.pdf

8. MP38CL: Power operational amplifier // Datasheet.

March, 2016. www.apexanalog.com/resources/

products/mp38u.pdf

9. MP400FC: Power operational amplifier. Datasheet.


products/mp400u.pdf

рис. 10. Зависимость выходного напряжения от частоты усилителя MP39CL

рис. 11. Внешний вид демонстрационной платы EK57

рис. 12. Внутренняя структура усилителя MP400FC

Операционные усилители apex microtechnology · pdf fileЗащита ocp,...

Documents